I difetti di saldatura dei fili devono essere diagnosticati in base alla posizione e alla modalità di guasto, non in base a un singolo allarme della macchina o a una variazione immediata della potenza, della forza o della temperatura degli ultrasuoni.
Un evento antiaderente può essere dovuto a contaminazione superficiale, ossidazione, usura capillare, formazione instabile di sfere d'aria libera, scarso supporto del confezionamento o una finestra di processo inadeguata. La rottura del filo può iniziare dal collo, dal tallone, dall'anello o dal secondo legame, e ogni posizione indica un diverso gruppo di possibili cause.
Questa guida si concentra principalmente sulla saldatura a sfera con filo sottile utilizzata nel packaging di circuiti integrati, LED e semiconduttori discreti. Lo stesso principio diagnostico si applica anche alla saldatura a cuneo e a filo spesso, sebbene gli strumenti, i sistemi di controllo del filo e i criteri di accettazione differiscano.
Identificare il difetto prima di modificare il processo
La prima domanda da porsi durante la risoluzione dei problemi non è "Quale parametro dovrebbe essere aumentato?", bensì "Cosa esattamente non ha funzionato, dove si è verificato il problema e in quali condizioni?".
Annota le seguenti informazioni prima di modificare la ricetta:
Modello della macchina, testina di incollaggio e ricetta software
Materiale del filo, diametro, bobina e lotto di produzione
Codice articolo del capillare, tempo di installazione e numero di legami accumulati
Finitura del cuscinetto della fustella, del leadframe o del substrato
Condizioni di imballaggio, supporto per pezzi e riscaldatore
Localizzazione del difetto all'interno del dispositivo o nell'area di incollaggio
Che il difetto sia continuo, intermittente o dipendente dal lotto
Aspetto visivo prima e dopo le prove distruttive
Modifiche recenti a materiali, utensili, manutenzione o configurazione delle macchine
Un difetto che si manifesta immediatamente dopo la sostituzione di un filo, di un capillare o di un lotto di materiale deve essere analizzato in modo diverso rispetto a un difetto che si sviluppa gradualmente dopo molte ore di produzione.
Utilizzare la posizione del guasto per restringere la ricerca
| Difetto osservato | Posizione o modalità di guasto | Aree da esaminare per prime |
|---|---|---|
| Tappetino antiaderente | Il primo legame non aderisce al tampone della fustella | Contaminazione del tampone, ossidazione, condizione di sfera ad aria libera, capillare, forza di adesione, trasferimento ultrasonico, calore e supporto dell'imballaggio |
| Sollevatore a sfera | La sfera incollata si separa dal cuscinetto durante la produzione o il collaudo | Qualità dell'interfaccia, superficie del tampone, deformazione della sfera, geometria capillare, finestra di processo e struttura del tampone |
| Peeling o craterizzazione del tampone | Il cuscinetto o il materiale sottostante è danneggiato o rimosso | Stress meccanico eccessivo, filo rigido, geometria capillare, supporto del package, costruzione del pad e struttura del die sottostante |
| Antiaderente sul piombo | Il secondo legame non aderisce al leadframe o al substrato | Finitura superficiale, ossidazione, contaminazione, superficie capillare, presa del filo, parametri del secondo legame e stabilità del riscaldatore |
| Sollevamento della testa | Il secondo legame si separa durante la prova di trazione o la manipolazione | Area di contatto del secondo legame, finitura del conduttore, usura capillare, condizioni del filo, trasferimento ultrasonico e sequenza della coda |
| Molto crack | Il filo si incrina in prossimità della transizione dal legame all'anello. | Traiettoria del ciclo, movimento capillare, deformazione del legame, proprietà del filo, stress meccanico ripetuto e movimento del pacchetto |
| frattura del collo | Il filo si rompe al di sopra del giunto a sfera o della regione termicamente alterata | Formazione della palla in aria libera, condizione EFO, qualità del filo, movimento dell'anello e geometria del collo |
| coda corta o palla mancante | La prossima palla in aria libera non può formarsi correttamente | Temporizzazione del morsetto, resistenza del secondo legame, rottura del filo, lunghezza della coda, elettrodo EFO e alimentazione del filo |
| Variazione dell'altezza dell'anello | I loop differiscono per altezza, forma o spazio libero | Tensione del filo, risposta del morsetto, movimento capillare, ricetta, rigidità del filo, posizione del portapezzo e calibrazione della macchina |
| errore di posizione del legame | Il collegamento è spostato dalla posizione prevista del pad o del cavo | Riconoscimento visivo, illuminazione, punti di riferimento, apprendimento di modelli, calibrazione del piano, movimentazione dei pacchetti e ripetibilità del dispositivo di lavoro |
Questa tabella rappresenta un punto di partenza, non una diagnosi definitiva. Diverse cause possono produrre un difetto visibile simile, e più di una fonte di variazione può essere presente contemporaneamente.
I difetti di primo legame iniziano prima che la palla raggiunga il cuscinetto
Nella saldatura a sfera, il primo legame dipende da una sfera stabile in aria libera, da un capillare adatto, da una superficie del pad idonea alla saldatura e da un trasferimento controllato di forza, energia ultrasonica e calore.
Tappetino antiaderente
La dicitura "non appiccicoso sul pad", comunemente abbreviata in NSOP, indica che il primo strato di adesivo non ha aderito a sufficienza al pad del chip. Il problema può essere rilevato immediatamente dalla macchina o scoperto durante le fasi di ispezione e collaudo.
Le possibili cause includono:
Contaminazione organica, residui o ossido sulla superficie del tampone
Una palla da aria libera irregolare, ossidata o decentrata
Un capillare usurato, contaminato o selezionato in modo errato
Trasferimento di energia ultrasonica insufficiente o instabile
Forza, tempo di incollaggio o temperatura del supporto non adeguati
Scarso supporto degli stampi, movimentazione dei pacchi o instabilità dei lavoratori
Metallizzazione del pad troppo sottile, danneggiata o al di fuori delle condizioni previste
Un filo di materiale o diametro che non corrisponde alla ricetta stabilita
L'aumento dell'energia ultrasonica può migliorare temporaneamente l'adesione, ma può anche mascherare la contaminazione o aumentare i danni al tampone. La superficie, la sfera ad aria libera e l'utensile devono essere ispezionati prima di ampliare la finestra di processo.
Sollevatore a sfera
Il distacco della sfera si verifica quando il primo legame si separa dal cuscinetto durante le prove di trazione, la manipolazione successiva, lo stampaggio o le prove di affidabilità.
Il legame potrebbe essere apparso accettabile durante la produzione, pur presentando un contatto interfacciale limitato o una connessione metallurgica instabile. Esaminare la parte inferiore della sfera sollevata, la superficie rimanente del pad e il relativo risultato del test.
Una netta separazione all'interfaccia suggerisce un problema diverso da un guasto che rimuove il metallo del pad o il materiale del chip sottostante.
Rimozione del cuscinetto e craterizzazione
Il distacco del pad rimuove parte della metallizzazione del pad stesso. La formazione di crateri comporta danni al di sotto del pad e può interessare le strutture dielettriche o di silicio sottostanti l'area di incollaggio.
Questi fallimenti non dovrebbero essere considerati semplicemente come la prova che il legame è "troppo forte". Tra i possibili fattori che contribuiscono a tali fallimenti si annoverano:
Forza eccessiva o interazione ultrasonica
Un materiale del filo più resistente combinato con una struttura del cuscinetto sensibile
Geometria della punta o della smussatura capillare non idonea
Supporto insufficiente sotto il die o il package
Scarsa adesione del pad o uno strato di metallizzazione inadeguato
Vuoti o debolezze strutturali al di sotto dell'area di incollaggio
Quando si verificano danni ai pad, la riduzione ripetuta di un parametro senza esaminare la struttura dei pad e il supporto dell'imballaggio potrebbe non risolvere la causa principale.
I difetti del secondo strato di incollaggio spesso rivelano problemi di superficie e di attrezzatura.
Il secondo legame presenta un'area di contatto più piccola e sottile rispetto al primo legame a sfera. Il suo risultato dipende fortemente dalla superficie capillare, dalla presa del filo, dalla superficie del terminale e dalla sequenza di formazione della coda.
Antiaderente al piombo
Il fenomeno del "non-stick on lead" (NSOL, Non-stick on lead) si verifica quando il legame di saldatura non aderisce al leadframe, al substrato o al terminale del package.
Indagare:
Ossidazione, variazione della placcatura o contaminazione sul terminale
Usura capillare del viso o accumulo di materiale
Presa del filo e deformazione sotto il capillare
Forza di secondo legame, risposta ultrasonica e tempo di legame
Temperatura del riscaldatore e contatto del pacco con il dispositivo di fissaggio
Movimento terminale, flessione o supporto inadeguato
Modifiche al lotto di filo, leadframe o substrato
Se i difetti si concentrano in una zona di una striscia o di un substrato, è preferibile controllare la planarità locale, il supporto e la distribuzione della temperatura piuttosto che modificare immediatamente l'intera ricetta.
Sollevamento della cucitura e legami secondari deboli
Una cucitura può rimanere attaccata durante la produzione ma sollevarsi durante le prove di trazione o le successive manipolazioni. Verificare se la rottura si è verificata all'interfaccia, all'interno del filo o vicino al tallone.
Una scarsa prestazione del secondo legame può anche influire sulla rottura del filo e sulla formazione della coda. Una coda irregolare può quindi creare una sfera d'aria libera instabile per il filo successivo, facendo sì che il problema originale del secondo legame si manifesti in seguito come un difetto del primo legame.
Questo collegamento spiega perché la risoluzione dei problemi dovrebbe seguire l'intero ciclo di associazione, anziché trattare ogni allarme come un evento isolato.
I difetti del filo e dell'anello indicano movimento, tensione e geometria.
Crepe al tallone
Il tallone rappresenta la zona di transizione tra il filo incollato e l'anello ascendente. Le crepe in questa regione possono derivare da deformazioni eccessive, movimenti capillari repentini, geometria dell'anello inadeguata, sollecitazioni ripetute sul pacco o interazione con i processi a valle.
Controllare la posizione e la direzione della crepa al microscopio. Una crepa che compare immediatamente dopo l'incollaggio potrebbe avere un'origine diversa da una che si sviluppa dopo lo stampaggio, i cicli termici o le vibrazioni.
Fratture del collo
La zona del collo sopra il giunto a sfera è influenzata dal processo di inserimento della sfera in aria libera e dal successivo movimento del ciclo. Una regione termicamente alterata irregolare, un errato centraggio della sfera o un movimento inverso aggressivo possono ridurre la resistenza del collo.
Revisione:
Condizioni del filo e della bobina
Posizione e pulizia dell'elettrodo EFO
Dimensioni e simmetria della palla in aria libera
Posizione della palla sotto il capillare
Movimento inverso e traiettoria ad anello
Punto di rottura durante il test di trazione
Variazione del ciclo e spazzolamento del filo
Le variazioni del circuito possono riguardare altezza, ampiezza, forma, direzione o spazio libero. Le possibili cause vanno oltre i valori del circuito programmati.
Verificare il sistema di tensione del filo, la risposta del morsetto, il movimento capillare, la rigidità del filo, la posizione del confezionamento e la calibrazione della macchina. Se l'anello è stabile prima dello stampaggio ma si muove successivamente, è necessario includere nell'indagine anche il processo di stampaggio e la progettazione del confezionamento.
Suddividere le cause principali in cinque gruppi
Un'indagine affidabile risulta più semplice quando le possibili cause vengono raggruppate prima di selezionare i test.
| Gruppo delle cause principali | Esempi tipici | Metodo di isolamento utile |
|---|---|---|
| Materiale e superficie | Contaminazione del pad, ossidazione del terminale, variazione della placcatura, cambio di lotto di filo, residui di stampaggio o metallizzazione instabile | Confrontare il materiale di qualità nota, ispezionare le superfici, esaminare i lotti in entrata e valutare la pulizia ove necessario. |
| Utensili e materiali di consumo | Usura capillare, geometria errata, superficie dell'utensile contaminata, elettrodo EFO danneggiato, bobina di filo instabile o morsetto usurato | Installa uno strumento o un materiale di consumo verificato e confronta il risultato nelle stesse condizioni di processo. |
| Parametri di processo | Forza inadeguata, risposta ultrasonica, tempo, temperatura, EFO, gas, sequenza di ciclo o morsetto | Ritornare a una condizione di riferimento nota ed eseguire uno studio controllato della finestra temporale del processo. |
| Condizioni della macchina | Degrado del trasduttore, deriva della calibrazione della forza, instabilità del riscaldatore, errore di movimento, deriva della visione o scarso accoppiamento ultrasonico | Utilizzare registrazioni di calibrazione, diagnostica, materiale di riferimento certificato e test ripetuti su diverse posizioni della macchina. |
| Imballaggio e gestione | Supporto inadeguato del dispositivo di fissaggio, movimento dello stampo, deformazione del substrato, indicizzazione errata, vibrazioni del package o stress meccanico a valle | Verificare il supporto, la planarità, il serraggio, lo schema di posizionamento e le condizioni prima e dopo le successive fasi di lavorazione. |
Una modifica ai parametri dovrebbe essere apportata solo dopo che l'indagine abbia identificato il gruppo più probabilmente responsabile. In caso contrario, una fonte di variazione potrebbe essere compensata temporaneamente mentre il difetto effettivo persiste.
Una sequenza affidabile per la risoluzione dei problemi di collegamento dei fili
La seguente sequenza rappresenta il fulcro della diagnosi. Riduce le modifiche non necessarie alla procedura e contribuisce a preservare le prove utili.
Preservare la condizione di guasto. Prima di ripristinare o sostituire i componenti, registrare la macchina, la ricetta, il lotto di materiale, la durata dell'utensile, l'immagine del difetto, l'allarme e la posizione interessata.
Classificare la posizione del guasto. Determinare se il difetto si trova nella prima saldatura, nella seconda saldatura, nel collo, nel tallone, nell'anello, nell'estremità del filo, nella posizione del pacchetto o nella fase di movimentazione della macchina.
Esaminare la modalità di guasto. Utilizzare l'ispezione visiva e i risultati di trazione, taglio o elettrici applicabili per distinguere il sollevamento dell'interfaccia, la rottura del filo, il danneggiamento del pad e il cedimento strutturale.
Verifica gli aggiornamenti recenti. Esaminare nuovi fili, capillari, pad, leadframe, substrati, ricette, lavori di manutenzione, configurazione del riscaldatore, software o azioni dell'operatore.
Confrontare con un riferimento noto e valido. Utilizzare materiale verificato, un capillare verificato o una ricetta precedentemente stabile laddove ciò possa essere fatto in sicurezza. Modificare un solo fattore controllato alla volta.
Separare il materiale dalla macchina. Ove possibile, testare il materiale sospetto su una configurazione nota per essere funzionante oppure utilizzare materiale noto per essere funzionante sulla macchina sospetta.
Verificare gli utensili e la calibrazione. Verificare l'installazione del capillare, la calibrazione della forza di adesione, le condizioni dell'EFO, lo stato del trasduttore, il supporto del pezzo in lavorazione, la stabilità del riscaldatore e l'allineamento del sistema di visione.
Sviluppare o ripristinare la finestra di processo. È preferibile regolare le variabili di processo attraverso uno studio controllato piuttosto che mediante ripetuti tentativi ed errori nelle modifiche apportate alle ricette di produzione.
Ripetere l'intero ciclo di incollaggio. Confermare la formazione della sfera in aria libera, il primo legame, l'anello, il secondo legame, la coda e la sfera successiva per un numero sufficiente di cicli da evidenziare guasti intermittenti.
Confermare l'azione correttiva con prove. Prima di autorizzare il processo, confrontare il tasso di difettosità, il risultato visivo, la modalità di guasto e i risultati dei test meccanici o elettrici.
Una correzione non è confermata solo perché l'allarme scompare. Il risultato del bond e la distribuzione dei guasti devono tornare a una condizione stabile concordata.
Utilizzare le prove corrette per il fallimento
Ispezione visiva
L'ispezione microscopica consente di valutare la posizione del legame, la deformazione, la lunghezza della coda, l'altezza dell'anello, le condizioni del tallone, i danni al filo e la contaminazione visibile. Le immagini devono includere sia esempi accettabili che difettosi, acquisiti con ingrandimento e illuminazione uniformi.
Test di trazione del filo
La prova di trazione con filo può fornire informazioni sull'adesione del legame, sulla resistenza del tallone, sul comportamento dell'anello e sulla posizione della rottura. Registrare il risultato della forza insieme alla modalità di rottura, poiché valori di forza uguali possono rappresentare diverse debolezze.
Test di taglio dell'adesione
Le prove di taglio possono essere appropriate per connessioni a sfera, bump, connessioni a filo spesso o altre strutture. Il metodo di prova, l'altezza dell'utensile, la direzione e i criteri di accettazione devono corrispondere all'interconnessione in esame.
Analisi della sezione trasversale e del cuscinetto
Qualora si sospetti la presenza di distacco del cuscinetto, crateri, crepe superficiali, formazione limitata dell'interfaccia o danni alla struttura dell'imballaggio, potrebbe essere necessario eseguire un'analisi trasversale o un'ulteriore analisi del materiale.
Monitoraggio dei processi delle macchine
Alcune saldatrici a filo monitorano la forza, la risposta agli ultrasuoni, la deformazione del filo, il comportamento in frequenza o le singole fasi del processo di saldatura. Questi segnali possono identificare i cambiamenti e supportare la tracciabilità, ma i loro limiti devono essere stabiliti per il prodotto e verificati rispetto ai risultati fisici della saldatura.
Test elettrici e di affidabilità
I test elettrici e i test di affidabilità a livello di package diventano importanti quando i risultati del collegamento meccanico appaiono accettabili, ma le condizioni di campo, la corrente, l'umidità, la temperatura o le sollecitazioni ripetute possono rivelare un altro meccanismo di guasto.
La pulizia delle superfici dovrebbe seguire le prove
La contaminazione superficiale e l'ossidazione possono contribuire alla formazione di NSOP e NSOL. La pulizia può migliorare l'adesione quando si conoscono il tipo di contaminante e il metodo di pulizia selezionato.
Non dare per scontato che ogni legame debole richieda la pulizia al plasma. Prima di aggiungere una fase di pulizia, determinare:
Quale superficie è contaminata o ossidata?
Se il materiale è in grado di tollerare il trattamento proposto
Sia che la pulizia modifichi la finitura della superficie o le condizioni della confezione
Quanto velocemente deve essere incollato il materiale pulito
Come verrà verificato il risultato rispetto a una linea di base non trattata
I sistemi di preparazione delle superfici disponibili possono essere esaminati attraverso il categoria di pulitori al plasma per semimacchineLa compatibilità del processo deve comunque essere confermata per il die, il leadframe, il substrato e il contaminante specifici.
I capillari e i pezzi di ricambio influiscono su più dei tempi di inattività
La geometria capillare influenza la formazione delle sfere, il diametro delle sfere saldate, l'interazione con i pad, la formazione di anelli, la presa del filo e la stabilità del secondo legame. L'usura o la contaminazione possono quindi creare diversi difetti contemporaneamente.
Quando si esamina un sospetto problema capillare, annotare:
Codice articolo completo del capillare e revisione del disegno
Materiale e diametro del filo
Obbligazioni accumulate o tempo di esercizio
Condizione della punta, dello smusso, del foro e della superficie
Accumulo di materiale o danni visibili
Tasso di difettosità prima e dopo la sostituzione
Anche i morsetti per fili, gli elettrodi EFO, i trasduttori, i riscaldatori, le telecamere, l'illuminazione, i dispositivi di fissaggio e i componenti di movimentazione possono modificare la stabilità del processo. parti per saldatrici a filo e categoria capillare Fornisce un punto di partenza per identificare gli utensili e i componenti di ricambio applicabili.
Condizioni che richiedono l'arresto della produzione
Interrompere il processo e preservare le prove quando:
Viene rilevato il distacco del pad, la formazione di crateri o danni al die
Lo stesso difetto di distacco o antiaderenza si ripete dopo un ripristino controllato
Le rotture dei fili creano il rischio di materiale conduttivo disperso
Il capillare, il trasduttore, il morsetto o il componente EFO risultano visibilmente danneggiati.
La calibrazione della forza, del riscaldatore, degli ultrasuoni o della visione è al di fuori delle condizioni accettate.
Il tasso di difettosità cambia bruscamente dopo un cambio di lotto di materiale o di utensili.
Un allarme della macchina viene ripetutamente ignorato senza identificarne la causa.
Il processo supera l'ispezione visiva ma non il test meccanico o elettrico richiesto
Continuare la produzione aumentando ripetutamente l'energia del processo può trasformare un problema di incollaggio reversibile in danni al tampone, usura dell'utensile o un rischio maggiore per l'affidabilità.
Domande frequenti sui difetti di collegamento dei fili
Qual è il primo passo da compiere quando NSOP aumenta improvvisamente?
Conservare i campioni difettosi e registrare le modifiche recenti. Ispezionare la superficie del tampone, la sfera d'aria libera, il capillare e le posizioni interessate prima di modificare l'intera ricetta di incollaggio.
Un valore di trazione elevato dimostra che il collegamento del filo è valido?
Non da solo. Anche la posizione e la modalità del guasto sono importanti. Un risultato elevato accompagnato da distacco del tampone, formazione di crateri o altri cedimenti strutturali può indicare un processo inaccettabile.
Bisogna aumentare la potenza degli ultrasuoni quando un legame non aderisce?
Non automaticamente. Una scarsa adesione può derivare da contaminazione, ossidazione, usura capillare, formazione instabile della sfera, supporto inadeguato o condizioni dell'attrezzatura non ottimali. Aumentare la potenza senza individuare la causa può danneggiare il tampone.
Un nuovo capillare può risolvere sia i difetti di primo legame che quelli di secondo legame?
Può risolvere i difetti causati da usura, contaminazione o geometria inadeguata, ma non correggerà ogni problema relativo a materiali, confezionamento, calibrazione o processo. Confrontare il risultato con un capillare verificato in condizioni controllate.
Perché il difetto si manifesta solo in una zona della confezione?
Un modello specifico per una determinata posizione può indicare il supporto del dispositivo di presa, la distribuzione della temperatura, la deformazione dell'imballaggio, l'allineamento della visione, le condizioni locali della superficie o variazioni legate al movimento. Mappare la posizione del difetto prima di modificare i parametri globali.
Raccomandazione finale
La risoluzione dei problemi relativi ai collegamenti a filo dovrebbe iniziare con le prove, non con ipotesi sui parametri. Identificare il punto di guasto, preservare la condizione in cui si è verificato il guasto, distinguere i problemi relativi ai materiali e agli utensili da quelli relativi alla macchina e al processo e modificare un fattore controllato alla volta.
Utilizzare congiuntamente l'ispezione visiva, l'analisi delle modalità di guasto, le prove di trazione o di taglio e la diagnostica della macchina. Un intervento correttivo è completo solo quando il risultato di adesione previsto rimane stabile nel corso di cicli ripetuti e in condizioni di produzione rappresentative.
Disponibile attrezzatura per la saldatura a filo, gli utensili e i componenti di ricambio possono essere esaminati rispetto al processo interessato. Per discutere di un guasto della macchina o di un difetto di incollaggio ricorrente, inviare il modello della saldatrice, le fotografie del difetto, le informazioni su filo e capillare, i dettagli dell'allarme e le recenti modifiche al processo tramite Pagina di contatto per semimacchine.